植物DNA条形码研究进展

DNA条形码技术是利用标准的、具有足够变异的、易扩增且相对较短的DNA片段在物种内的特异性和种间的多样性而创建的一种新的生物身份识别系统,从而实现对物种的快速自动鉴定。本文从植物DNA条形码的开发、应用、国内研究现状、植物DNA条形码面临的挑战以及发展前景等进行了综合分析,以期推动我国植物DNA条形码和分类学研究的发展。     

DNA条形码技术在林业科学研究中的应用

DNA条形码是利用生物体内普遍存在的一个或几个、较短的且标准化的基因片段作为通用片段,通过碱基序列差异来实现物种水平准确鉴定的工具。相对于传统的分类学,DNA条形码技术具有不依赖形态特征和发育阶段、鉴定数字化、快速准确、操作简单规范等优势。已成功应用在生物多样性监控、海关、中药材真伪鉴定、法医鉴定、动植物检疫、生物入侵、食品和药物市场监督等诸多领域。经过15年时间发展,DNA条形码研究已基本确定针对不同生物类群使用不同的通用片段,同时构建了标准的全球生命条形码数字化数据库。目前DNA条形码研究主要集中在如何提高近缘类群物种分辨率和构建区域条形码数据库两个方向。在林业科学研究中,DNA条形码在木材识别、森林群落生态和生物多样性监控与评估等领域发展迅猛,但同时也面临一些问题,如木材DNA降解、整条片段的扩增等,需要在条形码片段选择、数据库构建、数据库与高通量测序技术结合、分析方法改进等进一步深入研究。未来DNA条形码将在林业资源评价、保护和可持续利用等方向具有广阔的应用前景。     

DNA条形码技术及其在野生动物保护中的应用

DNA条形码技术可以快速准确的进行物种鉴定,能够为野生动物的物种保护提供技术支撑.为此,对DNA条形码技术的原理、研究进展、优势与局限性,以及在野生动物保护中的应用前景进行了概述.     

木材DNA条形码鉴定研究进展

木材种属鉴定具备显著的生物学与经济意义, 但传统的以显微特征观察为主的方法已不能适应高通量和精细化鉴别的需要。DNA条形码是根据特定基因片段的序列差异, 利用生物信息学技术对生物物种进行快速分类与鉴别的方法。近年来, DNA条形码技术已被陆续应用于木本植物及相应木材的种质鉴定, 在目标基因选择、木材DNA提取及生物信息学分析等方面均取得显著进展。在使用优化的微量DNA提取技术的前提下, 干燥木材中也可提取出满足扩增要求的DNA。经过生命条形码联盟等国际机构的长期努力, 确定了rbcL+ matK组合等通用植物条形码标记及ITS2等补充标记, 并建立了BOLD等数据库系统。传统的条形码序列分析主要通过BLAST比对、遗传距离分析及系统进化分析来实现, 近年来随着生物信息学的发展, DNA条码数据库不断完善, 新的数据分析方法和软件正不断涌现。文中在总结现有研究成果和实施规范的基础上, 综述国内外应用DNA条形码技术进行木材鉴别的新进展, 并着重阐述新型序列分析方法和相应的生物信息学工具。     

木材树种计算机视觉识别技术发展与应用

我国是全球林产品生产、贸易和消费第一大国,因此受到国际社会的广泛关注。在木材和木制品贸易流通环节经常出现以假乱真、以次充好的现象,为国际履约执法和林产品产业监管带来严峻挑战。基于木材解剖的传统木材树种识别方法,一般只能识别木材到"属"或"类"。近年来发展的DNA条形码、近红外光谱等木材树种识别新技术虽然可以实现木材"种"的识别,但难以在口岸、现场等多场景下对大批量样本进行自动精准识别。随着计算机技术的快速发展,计算机视觉识别技术可以从不同类别图像中提取关键特征,从而对图像进行分类,为木材树种分类带来新的途径。笔者首先介绍了基于图像采集、特征提取和树种分类的传统木材树种计算机视觉识别技术研究概况,然后从图像数据集构建、模型构建训练与测试以及系统开发等应用等方面介绍了基于深度学习的木材树种计算机视觉识别技术研究应用现状,并结合国内外研究进展对基于深度学习的计算机视觉识别技术在木材树种识别领域的应用进行了展望和提出建议,以期为木材树种自动精准识别研究提供新的思路。     

山西省野生丽豆的DNA条形码物种鉴定

为了保护濒危物种丽豆(Calophaca)的生物多样性,测定天然分布于太原天龙山、晋中乌金山、甘肃庆城丽豆的ITS2和psb A-trnH序列,实施了DNA条形码物种鉴定。这3种产地分布的丽豆ITS2序列完全相同,同时psb A-trnH序列也完全相同,证明是同一物种。这两条DNA序列尚未被美国NCBI(National Center for Biotechnology Information,USA) DNA序列数据库收录。依据《中国植物志》记载,山西省分布丽豆种名为Calophaca sinica Rehd,测定的ITS2和psb A-trnH序列可以认为是Calophaca sinica Rehd的DNA条形码系列,可作为基于DNA条形码物种鉴定的对照序列。     

AFLP技术在植物遗传多样性研究中的应用

AFLP技术在植物遗传多样性研究中的应用较为广泛.AFLP技术高度灵敏,可鉴别品种,甚至将亲缘关系很近的品种鉴别开来,如自交系、杂交系、近缘种和芽变种.AFLP技术通过检测基因组DNA水平的差异进行系统分类,结果更稳定、客观.AFLP技术可检测群体之间甚至个体之间细微差异,为收集、保存、评价和利用植物资源提供了最直接的依据.AFLP技术可以为物种的起源和进化这类问题的解决提供DNA水平上的有力证据.本文还对AFLP技术的应用前景进行了讨论.     

基于COⅠ基因的美国白蛾与近似种类分子检测技术研究

美国白蛾是一种危害性极大的世界性检疫害虫。为研发美国白蛾的准确、快速的分子鉴定技术,克服单纯依赖形态学方法为主的局限性,本研究以美国白蛾及其形态近似的8种蛾类的线粒体COⅠ基因为模板,筛选得到美国白蛾的特异性DNA序列,并以此设计出针对美国白蛾快速鉴定的MGB探针,应用荧光PCR方法对美国白蛾进行特异性的扩增,并进行DNA条形码比较分析。结果显示,美国白蛾及其近似种的DNA条码都为各物种所独有,不存在物种之间的共享。该结果表明该条码在美国白蛾及其近似种中有很好的识别能力,可以用于美国白蛾的物种鉴定。本项目的研究结果为美国白蛾的口岸检疫鉴定、森防部门的监测和除治提供了新型技术手段。     

猴头菇DNA条形码的构建及验证

为构建猴头菇品种专属的DNA条形码。应用分子生物学方法、选定β-tubulin基因作为条形码序列的目标基因,依据NCBI中猴头菇β-tubulin基因序列的全长,设计了一对用于扩增目标基因的引物:Betu-F1:ATGCGTGAAATCGTCCACC;Betu-R2:GAAGACGGGGGAAAGGAAC。应用上述引物对现有的19个猴头菇的品种进行PCR鉴定。测序后的序列结合BLAST、Clustal、MEGA、BioEdit等软件分析、比对得到多态性位点,分析多态性位点设计出构建条形码序列的特异性引物。经验证表明,猴头菇RT9品种的3个特有的条形码成功获得。试验结果表明,实验成功获得的DNA条形码序列可以将猴头菇RT9品种与猴头菇的其它品种区分鉴定。     

DNA条形码在龟鳖类物种鉴定中的应用

研究中获得了龟鳖类18个个体长度为660bp的COI基因序列。利用MEGA软件采用P-距离法计算龟鳖类种间及种内遗传距离并构建序列间的UPGMA和邻接系统发生树。结果显示,龟鳖类的种间遗传距离显著大于种内遗传距离。在系统树中,龟鳖类每一物种的个体分别形成各自独立的分支。基于COI基因的DNA条形码在识别龟鳖类物种方面和传统形态学基本一致,而且该基因可以探讨龟鳖类种间的系统发育关系,以COI基因作为DNA条形码,对龟鳖类进行物种鉴定具有一定的可行性。     

数字图像模式识别技术在植物叶片识别中的应用

植物分类鉴别是森林资源及林下中药资源清查和保护工作的基础, 但现在植物的鉴别主要依靠人为进行, 效率低、主观性强, 且专业人才较少。随着数字信息化技术的发展, 构建计算机化的植物模式识别体系已经成为植物鉴别过程中强有力的工具,可为植物学的定种工作提供便捷、准确的保障。文中从叶片特征选择、常用叶片识别方法及图像识别在手机系统上的应用3个方面综述了叶片模式识别的相关研究成果,并探讨了利用计算机视觉辅助植物分类方面的问题和展望,以期为数字图像模式识别技术在植物叶片识别中的应用和进一步研究提供参考。     

Potential of plant identification apps in urban forestry studies in China: comparison of recognition accuracy and user experience of five apps

Information on species composition of an urban forest is essential for its management.However,to obtain this information becomes increasingly difficult due to limited taxonomic expertise.In this study,we tested the possibility of using plant identification applications running on mobile platforms to fill this vacuum.Five plant identification apps were compared for their potential in identifying urban tree species in China.An online survey was conducted to determine the features of apps that contributed to users' satisfaction.The results show that identification accuracy varied significantly among the apps.The best performer achieved an accuracy of 74.6% at the species level,which is comparable to the accuracy by professionals in field surveys.Among the features of apps,accuracy of identification was the most important factor that contributed to users' satisfaction.However,plant identification apps did not perform well when used on rare species or outside of the regions where they have been developed.Results indicate that plant identification apps have great potential in urban forest studies and management,but users need to be cautious when deciding which one to use.     

利用开源软件开发基于WebGIS的县级林业空间信息共享系统

定期的森林资源调查和遥感技术、全球定位系统技术等在林业中的广泛应用,积累了大量的林业空间数据.充分利用这些宝贵的空间数据信息,为国家的经济发展和生态建设服务已经成为当务之急.结合林业生产经营管理的需求,一些部门、单位基于资金和技术等情况采用了不同的地理信息系统(GIS)软件,开发了各自的单机版森林资源管理信息系统.     

生物技术在森林病害防治中的应用现状及展望

本文综述了森林病害防治领域中的生物技术研究、应用现状及其发展前景,并对生物技术在应用方面存在的问题做了探讨。     

森林生态系统铝毒危害研究进展

铝毒是酸性条件下抑制林木生长、造成森林大面积衰退的主要原因.近年来, 世界各国针对铝毒害机理及植物的耐铝机制进行了大量研究, 然而目前研究者对植物铝毒报道多限于农作物, 对林业铝毒的综述性报道还不多见.文中从森林土壤铝毒产生的原因、铝毒害机理、林木响应机制、铝毒对森林生态系统的危害以及防治措施等方面综述了森林生态系统铝毒的研究进展, 对我国森林资源保护和林木管理具有重要意义; 并提出林业铝毒研究存在的问题及今后的研究方向, 为进一步开展林业铝毒研究提供参考.     

林窗定义及林窗特征测定方法研究进展

林窗形成导致环境资源再分配,进而影响物种入侵、种子萌发、幼苗更新和幼树存活;林窗改变了森林空间结构和植物群落组成,增加了群落异质性,这为保持森林群落相对稳定奠定了基础,也为多种生物共存发展提供了适宜的条件。目前,关于林窗对植被更新、植物多样性影响研究较多,但至今没有一个公认的客观量化林窗定义的方法,导致研究者采用的林窗识别标准不同,无法对现有林窗研究进行有效比较,且林窗特征测定方法也尚未完善。文中对林窗的概念形成、定义发展及林窗特征（形状、大小、形成、年龄及边缘木）测定方法进行梳理,探讨目前林窗研究存在的问题,以期为未来林窗干扰相关研究提供历史脉络与研究方向。     

森林资源管理信息系统体系结构的探讨

介绍了应用程序设计体系结构的设计问题,分别讨论了各级应用程序的特点,并重点讨论了三级应用程序设计的特点及其优势。最后提出在林业资源管理信息系统的设计中采用的三级设计模式和具体的设计思路。     

杨树氮肥适宜用量试验研究

采用田间小区试验,在施用一定量磷钾的基础上,研究不同氮用量对江汉平原杨树的生长及材积量的影响。研究表明:杨树每株施用纯氮100g,材积量每hm~2比对照多增2.84m~3,增产率66.98％,差异达极显著水平;每株杨树施用氮素100g比施用氮素50g,材积量每hm~2多增1.16m~3,多增产19.59％;株施氮素100g比不施用氪素每hm~2净增收入624元,投产比1.00:2.74。综合分析,江汉平原杨树每株施用氮素100g为宜。